第七章锻压成形工艺

1第七章锻压成形工艺锻造成形自由锻模膛锻自由锻—指将金属坯料放在锻造设备的上下抵铁之间，施加冲击力或压力，使之产生自由变形而获得所需形状的成形方法。坯料在锻造过程中，除与上下砥铁或其它辅助工具接触的部分表面外，都是自由表面，变形不受限制，锻件的形状和尺寸靠锻工的技术来保证，所用设备与工具通用性强。自由锻主要用于单件、小批生产，也是大型锻件的唯一生产方法。2模型锻造—将加热到锻造温度的金属坯料放在具有一定形状的模锻模膛内受压、变形，获得锻件的方法。特点：1）生产率高；2）锻件的尺寸精度和表面质量高；3）材料利用率高；4）可锻造形状较复杂的零件；5）模具成本高、设备昂贵；6）锻件不能任意大。一般不得超过150kg。第七章锻压成形工艺模锻按使用的设备不同分为：胎模锻锤上模锻压力机上模锻3第一节自由锻自由锻生产所用工具简单，具有较大的通用性，因而它的应用范围较为广泛。可锻造的锻件质量由不及1kg到300t。在重型机械中，自由锻是生产大型和特大型锻件的惟一成形方法。4一、自由锻设备锻锤压力机以压力代替锤锻时的冲击力，适用于锻造大型锻件。空气锤它由电动机直接驱动，打击速度快，锤击能量小，适用于小型锻件；65~750Kg蒸汽—空气锤利用蒸汽或压缩空气作为动力，适用于中小型锻件。630Kg~5T水压机油压机落下部分总重量=活塞+锤头+锤杆滑块运动到下始点时所产生的最大压力锻锤吨位=压力机吨位=5自由锻的工序可分为基本工序、辅助工序和精整工序三大类。(1)基本工序是使金属坯料实现主要的变形要求，达到或基本达到锻件所需形状和尺寸的工序。(2)辅助工序是指进行基本工序之前的预变形工序。如倒棱、压肩等。(3)精整工序是在完成基本工序之后，用以提高锻件尺寸及位置精度的工序。二、自由锻工序6基本工序1）镦粗使坯料整体或一部分高度减小、截面积增大的工序称为镦粗。镦粗有完全镦粗、局部镦粗和垫环镦粗等72）拔长2）拔长使坯料横截面减小而长度增加的锻造工序称为拔长主要用于：轴杆类锻件成形，其作用是改善锻件内部质量。拔长的种类：有平砥铁拔长、芯轴拔长、芯轴扩孔等。83）冲孔采用冲子将坯料冲出透孔或不透孔的锻造工序叫冲孔。a）薄坯料冲孔b）厚坯料冲孔1－冲头2－坯料3－垫环4－芯料在薄坯料上冲通孔时，可用冲头一次冲出。若坯料较厚时，可先在坯料的一边冲到孔深的2／3深度后，拔出冲头，翻转工件，从反面冲通，以避免在孔的周围冲出毛刺94）弯曲是将毛坯弯成所需形状的工序在进行弯曲变形前，先要将毛坯锻成所需形状，使体积合理分配，便于获得合格产品。105）扭转将毛坯一部分相对于另一部分绕其轴线旋转一定角度的工序。116）切割将毛坯一部分或几部分切掉以获得所需形状的锻件的工序。工序12三、零件的自由锻结构工艺性避免锥体和斜面结构几何体间的交接处不应形成空间曲线锻造具有锥体或斜面结构的锻件，需制造专用工具，锻件成形也比较困难圆柱面与圆柱面相交，锻件成形十分困难。平面相交，消除了空间曲线，使锻造成形容易13自由锻件上不应设计出加强筋、凸台、工字形截面或空间曲线形表面自由锻件横截面若有急剧变化或形状较复杂时，应设计成有几个简单件构成的组合体，再焊接或机械连接方法连接。零件的自由锻结构工艺性14第二节模膛锻造形成一、胎膜锻造形成胎膜不是固定在自由锻锤上，使用时放上去，不用时取下来。与自由成型相比，胎模成型具有较高的生产率，锻件质量好，节省金属材料，降低锻件成本。与模锻相比，节约了设备投资，简化了模具制造。但锻件质量比模锻低，劳动强度大，安全性差，模具寿命短，生产率低。胎模锻适用于小型锻件的小批量生产，多用在没有模锻设备的中小型工厂中。胎模锻造成型是在自由锻设备上，使用可移动的胎模生产锻件的锻造方法。15图胎模种类a）摔模b）扣模c）开式套筒模d）闭式套筒模e）合模1）摔模，用于锻造回转体锻件；2）扣模，用于平整侧面；3）套筒模，用于镦粗锻件；4）合模，用于锻造比较复杂的锻件。胎模结构可分为以下几类，如图所示。齿轮坯的胎膜锻16实质：是通过塑性变形迫使坯料在锻模模膛内成形。胎膜固定在自由锻锤上。固定模膛成型工艺主要分为锤上模膛成型工艺和压力机上模膛成型工艺。锤上模锻成型用于大批量锻件生产。所用设备有蒸汽-空气锤、无砧座锤、高速锤等。压力机上模膛成型常用的设备有曲柄压力机、摩擦压力机和平锻机、模锻水压机等。二、固定模膛锻造成形（锤上模锻）17锤上模锻所用设备为模锻锤，由它产生的冲击力使金属变形。图7-1所示为一般工厂中常用的蒸汽一空气模锻锤。该种设备上运动副之间的间隙小，运动精度高，可保证锻模的合模准确性。模锻锤的吨位(落下部分的重量)为1～16t，可锻制150kg以下的锻件。18锤上模锻生产所用的锻模如图所示。上模2和下模4分别用楔铁10、7固定在锤头1和模垫5上，模垫用楔铁6固定在砧座上。上模随锤头作上下往复运动。9为模膛，8为分模面，3为飞边槽。19模膛模锻模膛制坯模膛拔长模膛终锻模膛预锻模膛滚压模膛弯曲模膛切断模膛第二节锻模模膛及其功用锤上模锻用的锻模模膛根据功用的不同，可分为：201.预锻模膛预锻模膛的作用是：使坯料变形到接近于锻件的形状和尺寸，终锻时，金属容易充满终锻模膛。同时减少了终锻模膛的磨损，以延长锻模的使用寿命。一、模锻模膛预锻模膛和终锻模膛的区别：预锻模膛的圆角、斜度较大，没有飞边槽。终锻模膛的圆角、斜度较小，有飞边槽。212.终锻模膛终锻模膛的作用是：是使坯料最后变形到锻件所要求的形状和尺寸，因此它的形状应和锻件的形状相同。沿模膛四周有飞边槽，用以增加金属从模膛中流出的阻力，促使金属充满模膛，同时容纳多余的金属。终锻后无法加工通孔而留下的一薄层金属，称为冲孔连皮。终锻模膛的尺寸应比锻件尺寸放大一个收缩量。钢件收缩量取1.5%22对形状复杂的模锻件,为使坯料形状基本接近模锻件形状，使金属能合理分布和很好地充满模锻模膛，就必须预先在制坯模镗内制坯，因而设制坯模膛。二、制坯模膛当模锻件沿轴向横截面积相差较大时，常采用这种模膛进行拔长。拔长模膛分为开式和闭式两种.一般情况下，把它设置在锻模的边缘处。生产中进行拔长操作时。坯料除向前送进外并需不断翻转。1、拔长模膛——用来减小坯料某部分的横截面积，以增加该部分的长度。23滚压模膛分为开式和闭式两种：当模锻件沿轴线的横截面积相差不很大或对拔长后的毛坯作修整时，采用开式滚压模膛。当模锻件的截面相差较大时，则应采用闭式滚压模膛。在坯料长度基本不变的前提下用它来减小坯料某部分的横截面积，以增大另一部分的横截面积。2、滚压模膛滚压操作时需不断翻转坯料，但不作送进运动。对于弯曲的杆类模锻件，需采用弯曲模膛来弯曲坯料。坯料可直接或先经其它制坯工步后放入弯曲模膛进行弯曲变形。弯曲后的坯料需翻转90°再放入模锻模膛中成形。单件锻造时，用它从坯料上切下锻件或从锻件上切下钳口；多件锻造时，用它来分离成单个锻件。3、弯曲模膛4、切断模膛它是在上模与下模的角部组成的一对刃口，用来切断金属。根据模锻件的复杂程度不同，所需变形的模膛数量不等，可将锻模设计成单膛锻模或多膛锻模。单膛锻模是在一副锻模上只有终锻模膛一个模膛。如齿轮坯模锻件就可将截下的圆柱形坯料，直接放人单膛锻模中一次终锻成形。多膛锻模是在一副锻模上具有两个以上模膛的锻模。如弯曲连杆模锻件的锻模即为多膛锻模。26弯曲连杆多模膛模锻过程27下料→加热模锻前需将坯料在加热炉中加热到规定的始锻温度，要均匀热透。模锻坯料从开始变形到最后成形，一般都是在锻模的相应模膛里经过几个模锻工步完成的。切边和冲孔从终锻工步得到的锻件一般都带有飞边和冲孔连皮，须在切边压力机上将它们切除。校正热处理模锻件热处理的目的是调整硬度，消除内应力，细化晶粒和为最终热处理作好组织准备。模锻件常用的热处理有退火、正火和调质等。表面清理表面清理的方法有滚筒清理、喷丸清理、酸洗和砂轮打磨等。检验模锻件质量检验是保证质量的必要措施。第三节锤上模锻工艺设计28模锻生产的工艺规程包括：制订锻件图、计算坯料尺寸、确定模锻工步（选模膛）、选择设备及安排修整工序等。最主要是锻件图的制定和模锻工步的确定。模锻锻件图的制定是设计和制造锻模、计算坯料、检查锻件的依据。29一、模锻件图绘制绘制模锻件图时应考虑的几个问题：1)选择模锻件的分模面分模面是指上下锻模在模锻件上的分界面。它在锻件上的位置是否合适，关系到锻件成形、锻件出模、材料利用率及锻模加工等一系列问题。选定分模面的原则是：(1)应保证模锻件能从模膛中取出来。如图7-8所示轮形件，把分模面选定在a－a面时，已成形的模锻件就无法取出。一般情况，分模面应选在模锻件的最大截面处。3031(2)按选定的分模面制成锻模后，应使上下两模沿分模面的模膛轮廓一致，以便在安装锻模和生产中容易发现错模现象，及时而方便地调整锻模位置。图7-8中的c－c面被选定为分模面，就不符合此原则。32(3)分模面应选在能使模膛深度最浅的位置上。这样有利于金属充满模膛，便于取件，并有利于锻模的制造。图7－8中的b-b面，就不适合作分模面。33(4)选定的分模面应使零件上所加的敷料最少。图7－8中的b-b面被选作分模面时，零件中间的孔不能锻出来，孔部金属都是敷料，既浪费金属，又增加了切削加工的工作量。所以该面不宜作分模面。34(5)分模面最好是一个平面，以便于锻模的制造，并防止锻造过程中上下锻模错动。按上述原则综合分析，图7-8中的d-d面是最合理的分模面。3536敷料为了简化零件形状、便于锻造而增加的一部分金属称为敷料(也称为余块)。如消除零件上的键槽、窄环形沟槽、齿谷或尺寸相差不大的台阶结构而增加的金属均属敷料。机械加工余量零件的加工表面上为机械加工而增加的一层金属。锻件公差锻件的实际尺寸与名义尺寸之间所允许的偏差，称为锻件公差。2)确定敷料、机械加工余量和尺寸公差机械加工余量一般为：1~4mm锻造公差一般取：±0.3～3mm373）设计模锻斜度外壁斜度：5~70内壁斜度：7~120当模膛宽度b小而深度h大时，模锻斜度要取大些。模锻件上平行于锤击方向（垂直于分模面）的表面必须有斜度，以便取出锻件。模锻斜度与模镗深度和宽度有关。385）确定冲孔连皮d25mm的孔，一般不铸出或压出球形凹坑；d25mm的孔，不能直接模锻，须在孔内保留一层连皮；连皮厚度：当d=30~80mm，=4~8mm。4）设计模锻圆角外圆角：r=1.5~12mm内圆角：R=（2~3）r锻件上所有交角均做成圆角，可以易于充满模膛，避免尖角处产生裂纹，减缓锻件外尖角处的磨损。d39分模面选在锻件高度方向的中部。零件的轮辐部分不加工，故不留加工余量。图中内孔中部的两条水平直线为冲孔连皮切除后的痕迹线。绘图时：粗实线表示锻件的形状；双点划线表示锻件的分模面和零件的轮廓形状。齿轮坯的模锻锻件图401、锻造工序(工步)的确定采用模锻方法生产模锻件时，其工步根据模锻件的形状和尺寸确定。模锻件按形状和结构可分为两大类：(1)长轴类模锻件(2)盘类模锻件二、模锻工步的确定及模膛种类的选择同一个模锻上的模锻工序称为模锻工步。要根据模锻件的形状和尺寸来确定。41(1)长轴类模锻件锻件的长度与宽度之比较大，如台阶轴、曲轴、连杆、弯曲摇臂等(图3-30)。此类锻件在锻造过程中，锤击方向垂直于锻件的轴线。终锻时，金属沿高度与宽度方向流动，而沿长度方向没有显著的流动。常选用拔长、滚压、弯曲、预锻和终锻等工步。对于小型长轴类锻件，为了减少钳口料和提高生产率，常采用一根棒料同时锻造出几个锻件的方法。因此应增设切断工步，将已锻好的模锻件分离开。有一些模锻件选用周期轧制材料作坯料时(下图)，可以省去拔长、滚压等工步，简化模锻过程，并可显著提高生产率。43(2)盘类模锻件在分模面上的投影为圆形或长度接近于宽度或直径的锻件，如齿轮、法兰盘等(图3—32)。盘类模锻件此类模锻件在锻造过程中，锤击方向与坯料轴线相同。终锻时金属沿高度、宽度及长度方向均产生流动。常选用镦粗、预锻、终锻等工步。对于形状简单